Технология кислородной резки металла

Особенности кислородной резки труб

Ручной способ кислородного раскроя применяется для обработки торцов трубопровода перед сварочными работами, для удаления дефектов. Операция может выполняться в любом пространственном положении. Для ее выполнения применяют вставные и универсальные резаки. Настройка режима зависит от толщины обрабатываемого изделия.

Классификация оборудования для резки кислородом

По способу обработки резка бывает ручная и механизированная. Существуют ручные резаки, работа которых характеризуется достаточно высокой точностьюю Они подразделяются на универсальные, специальные, для фигурного и прямого раскроя. При необходимости обработки больших объемов металла рационально использовать переносные аппараты «Гугарк», большие партии одинаковых изделий успешно вырезаются с помощью шарнирных машин АСШ-86. Промышленные предприятия чаще всего используют портально-консольные устройства.

Особенности рабочего процесса

Резка, как и другой рабочие процесс, требует внимательности и соблюдения техники безопасности:

• • запрещено проводить подогрев металла одним только сжиженным газом;
• • запрещено использовать жидкое горючее в газосварочных работах;
• • при работе в закрытых помещениях должны быть предусмотрены вентиляционные системы;
• • баллоны с сжиженным газом должны располагаться на расстоянии не менее 5 м от газосварочных работ.

Технология кислородной резки металла

Технология кислородной резки металла и управление ею

Кислородная резка металла – один из наиболее распространённых методов термической резки металла.

ПРЕИМУЩЕСТВА КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКИ МЕТАЛЛА:

БОЛЬШИЕ ТОЛЩИНЫ разрезаемого металла. Толщина разрезаемого металла может достигать 500 мм. и ограничена конструктивными особенностями машины термической резки.

НИЗКАЯ СЕБЕСТОИМОСТЬ резки металла;

ВЫСОКОЕ КАЧЕСТВО РЕЗА. Современные газовые резаки, например Harris 198-2 TF , в совокупности с правильным подбором типа горючего газа (ацетилен или пропан) и давления газов обеспечивают приемлемую ширину реза, почти полное отсутствие конусности реза и чистые (без наплывов и грата) кромки, почти не требующие дополнительной обработки;

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МНОГОРЕЗАКОВЫХ СХЕМ – при использовании технологии кислородной резки возможно одновременное использование нескольких газовых резаков или специальной оснастки для резки одного листа металла, например в машинах термической резки «Юпитер Газ2» .

НЕДОСТАТКИ кислородной резки металла:

ОГРАНИЧЕНИЕ ПО ТИПУ РАЗРЕЗАЕМЫХ МЕТАЛЛОВ – при использовании технологии кислородной резки возможно обрабатывать только некоторые виды чёрных и цветных металлов;

ВЫСОКАЯ СЕБЕСТОИМОСТЬ резки (по сравнению с другими видами термической резки) металла в диапазоне толщин до 10 мм.;

ОГРАНИЧЕНИЕ ТОЛЩИНЫ разрезаемого металла — толщина разрезаемого металла, начиная с которой получается приемлемое качество реза – от 4 мм.;

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОПАСНЫХ ГАЗОВ – при кислородной резке используются маслоопасный газ кислород ( ГОСТ 5583-78 ) и пожароопасные горючие газы: пропан ( ГОСТ Р 52087-2003 ) и ацетилен ( ГОСТ 5457-75 ).

Процесс кислородной (газопламенной) резки основан на процессе полного окисления (сгорания) железа (химический элемент «Fe») в струе химически несвязанного кислорода («О₂») и выдувания этой струёй из зоны реза продуктов окисления.

Сущность процесса заключается в местном расплавлении и выдувании расплавленного металла с образованием полости реза при перемещении газового резака относительно разрезаемого металла. В способах газовой резки источником нагрева металла является газовое (кислородное) пламя, а источники электрической энергии не используются.

Кислородной резке могут подвергаться только те металлы и сплавы, которые удовлетворяют следующим основным требованиям:

1. температура воспламенения металла в кислороде должна быть ниже температуры его плавления. Металлы и сплавы, не удовлетворяющие этому требованию, будут не сгорать, а плавиться.

Лучше всех металлов этому требованию удовлетворяют малоуглеродистые стали, температура воспламенения в кислороде которых около 1300°, а температура плавления около 1500°. Увеличение содержания углерода в стали сопровождается повышением температуры воспламенения в кислороде и понижением температуры плавления. Поэтому с увеличением содержания углерода кислородная резка сталей ухудшается;

1. температура плавления окислов металла, образующихся при резке, должна быть ниже температуры плавления самого металла, в противном случае тугоплавкие окислы не будут выдуваться режущей струей кислорода, что нарушит нормальный процесс резки.

Этому условию не удовлетворяют хромистые стали и алюминий. При резке хромистых сталей образуются тугоплавкие окислы с температурой плавления 2000°, а при резке алюминия — окисел с температурой плавления около 2050°. Кислородная резка их невозможна без применения специальных флюсов;

1. количество тепла, которое выделяется при сгорании металла в кислороде, должно быть достаточно большим, чтобы поддерживать непрерывный процесс резки. При резке стали около 70% тепла выделяется при сгорании металла в кислороде и только 30% общего тепла дает подогревающее пламя резака;
2. образующиеся при резке шлаки должны быть жидко-текучими и легко выдуваться из места реза;
3. теплопроводность металлов и сплавов не должна быть слишком высокой, так как теплота, сообщаемая подогревающим пламенем, будет интенсивно отводиться от места реза, вследствие чего процесс резки будет неустойчивым и в любой момент может прерваться;
4. в металлах и сплавах, подвергающихся кислородной резке, должно быть ограниченное содержание примесей, препятствующих процессу резки.

В зависимости от содержания углерода и химического состава примесей стали по-разному поддаются кислородной резке.

ХОРОШО РЕЖУТСЯ малоуглеродистые стали ( ГОСТ 380-2005 ) с содержанием углерода до 0,3%. При содержании углерода в сталях свыше 0,7% процесс резки ухудшается и при содержании его свыше 1,2% делается почти невозможным.

ЧУГУН, СОДЕРЖАЩИЙ БОЛЕЕ 1,7% УГЛЕРОДА, КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКОЙ НЕ ОБРАБАТЫВАЕТСЯ. Это объясняется тем, что температура плавления чугуна ниже температуры плавления образующихся оксидов, поэтому металл удаляется из зоны реза без характерного окисления. Кроме того, образующиеся при нагреве оксиды имеют низкую текучесть и с трудом удаляются струей кислорода.

Лучше всего подходит для кислородной резки углеродистая сталь, которая удовлетворяет всем условиям, необходимым для поддержания непрерывности процесса. Влияние примесей в стали на процесс кислородной резки отражено таблице 1.

Технология кислородной резки

Технология кислородной резки

Суть кислородной резки заключается в сгорании разрезаемого металла под воздействием струи кислорода и удалении из разреза шлаков, образованием которых неизбежно сопровождается этот процесс (рис. 95).

Рис. 95. Схема выполнения газовой резки: 1 – рез; 2 – газовая смесь; 3 – внутренний мундштук; 4 – наружный мундштук; 5 – струя режущего кислорода; 6 – грат (излишек металла)

Углеродистые, а также низколегированные стали режут с помощью исключительно чистого кислорода, а высоколегированные стали, чугун и сплавы меди, помимо кислорода, требуют применения специальных флюсов.

Резка осуществляется вручную или машинным способом. При этом необходимо обеспечить соблюдение определенных условий:

– температура плавления металла должна быть выше температуры, при которой он воспламеняется в кислороде. При нарушении этого условия металл будет расплавляться еще до того, как он начнет гореть в струе кислорода. Низко– и среднеуглеродистые стали удовлетворяют данному условию, поскольку имеют температуру плавления 1500 °C, а для горения в кислороде достаточно довести их до 1300–1350 °C. Повышенное содержание углерода в стали снижает температуру ее плавления и затрудняет резку. То же самое относится к сталям, в которых имеются такие трудно окисляющиеся легирующие элементы, как хром и никель;

– температура плавления шлаков должна быть ниже температуры горения металла в кислороде. Кроме того, шлаки должны быть жидкотекучими и без проблем удаляться при воздействии на них давления режущей струи;

– в процессе сгорания металла выделяющейся теплоты должно быть достаточно для поддержания горения металла в кислороде;

– теплопроводность металла не должна быть чересчур высокой, чтобы не препятствовать поддержанию высокой температуры на кромке разреза.

Перечисленным условиям соответствуют стали, в которых содержание углерода не превышает 0,5 %, хрома – 5 %, марганца – 4 %. Что касается остальных примесей, они не оказывают существенного влияния на процесс резки.

До начала резки сталь нагревают до температуры ее воспламенения в кислороде. От общего количества тепла, необходимого для выполнения резки, приблизительно 54 % идет на доведение температуры стали до температуры воспламенения; 22 % – на нагрев шлака; 24 % – на покрытие потерь.

Для осуществления резки требуется кислород, причем максимально возможной чистоты, поскольку от этого зависит его расход: чем качественнее газ, тем меньше его потребуется. Как правило, для резки используют кислород чистотой 98,5-99,5 %. При снижении этого показателя даже на 1 % падает скорость резки и возрастает расход кислорода.

Кислородная резка бывает двух типов (рис. 96):

Рис. 96. Схема выполнения различных видов резки: а – разделительной; б – поверхностной

– разделительная, посредством которой вырезают различные заготовки, раскраивают листовой металл и осуществляют разделку кромок под сварку. Собственно процесс резки состоит в том, что материал вдоль линии предполагаемого реза доводят до температуры его воспламенения в кислороде. Металл сгорает в режущей струе, которая одновременно вытесняет из зоны разреза образующиеся оксиды.

– поверхностная. Для этого предназначаются специальные резаки, с помощью которых с металла снимают поверхностный слой. При небольшом угле наклона резака к металлу (15–20°) его поверхностный слой сгорает в кислородной струе, оставляя после себя углубление овального сечения. Для выполнения такой резки скорость истечения кислорода должна быть меньше, а скорость перемещения резака выше, чем при осуществлении разделительной резки. Этот вариант резки используют для удаления трещин, различных пороков сварных швов, литья и пр. Например, резак РАП-62 делает канавку шириной 6-20 мм и глубиной 2–6 мм со скоростью 1–6 пог. м/мин.

При резке изделие подогревается горючими газами – заменителями ацетилена. Обычно это природный, коксовый, нефтяной, пиролизный газ, пропан или пары керосина.

Резка невозможна без специального инструмента – универсального инжекторного резака (рис. 97), основные технические характеристики которого представлены в таб. 45.

Рис. 97. Схема устройства инжекторного резака: 1 – головка; 2 – трубка; 3, 4 – вентиль; 5 – кислородный ниппель; 6 – ацетиленовый ниппель; 7 – наружный мундштук; 8 – внутренний мундштук; 9 – инжектор; 10 – кислород; 11 – ацетилен; 12 – горючая смесь; 13 – режущий кислород

Таблица 45. ПАРАМЕТРЫ УНИВЕРСАЛЬНОГО РЕЗАКА

В отличие от инжекторной горелки в резаке имеется дополнительная трубка с вентилем, через которую подается режущий кислород.

Мундштуки резаков бывают двух типов (рис. 98):

Рис. 98. Схема устройства мундштуков для кислородной резки: а – щелевой; б – многосопловый; 1 – внутренний; 2 – наружный

– щелевыми, состоящими из наружного и внутреннего мундштуков, при смене которых можно регулировать расход газов и мощность подогревающего пламени. В промежуток между ними поступает смесь газов подогревающего металл пламени, а режущий кислород проходит по центральному каналу.

– многосопловыми, в которых выход отверстий подогревательного пламени не параллельный, а фокусируется в точке, которая находится примерно в 12 мм от торца. При этом пламя всех выходов ориентировано на одну зону, благодаря чему скорость резки возрастает.

Мундштук – самая главная деталь резака. Для качественной резки необходимо заботиться о герметичности соединений и не допускать прилипания к нему металлических брызг. В связи с этим лучшим материалом для изготовления мундштуков является бронза БрХ0,5. Наличие в ней хрома препятствует оседанию капель металла на поверхности мундштука.

При необходимости переходить от сварки к резке, что нередко требуется при монтажных или ремонтных работах, применяют вставные резаки. По своей конструкции они однотипны, основное отличие заключается в устройстве мундштуков. Вставные резаки подключают к стволу газовой горелки, предварительно сняв сменный наконечник. Вставной универсальный инжекторный резак РГС-70 массой 600 г используют для ручной раздельной резки стали толщиной от 3 до 70 мм.

Резаки бывают малой, средней, а также большой мощности, которые предназначаются для резки металла толщиной 3-100, 100–200 и 200–300 мм соответственно. Последние используют исключительно газы – заменители ацетилена, поскольку имеют большие проходные каналы для них. К каждому резаку прилагается набор мундштуков с номерами от 0 до 6.

При отсутствии горючего газа для кислородной резки применяют пары керосина, и такие устройства называются керосинорезами (рис. 99). В комплект к нему входит бачок для керосина, работающий по тому же принципу, что и садовый опрыскиватель.

Рис. 99. Устройство керосинореза РК-71: 1 – гайка крепления головки; 2 – асбестовая набивка; 3 – гайка; 4 – кожух-экран; 5 – трубка-испаритель; 6 – инжекторная трубка; 7 – вентиль

При работе с резаками необходимо соблюдать несколько правил:

1. Перед использованием резака, следует внимательно прочитать прилагающуюся инструкцию.

2. Проверить исправность инструмента, правильность подсоединения всех шлангов, инжекцию в каналах горючих газов и герметичность соединений (при необходимости подтянуть их).

3. Установить рабочее давление ацетилена и кислорода согласно инструкции.

4. Зажечь резак, для чего на четверть оборота открутить кислородный вентиль и создать разряжение в газовых каналах, после чего открыть вентиль подачи газа и зажечь горючую смесь.

5. Прогреть металл (он должен окраситься в соломенный цвет), открыть кислородный вентиль и выполнить рез.

6. В процессе работы надо поддерживать нормальное подогревающее пламя. Для охлаждения мундштука можно использовать воду, при этом следует закрыть только газовый вентиль (кислородный должен быть открыт).

7. Чтобы прекратить резку, надо перекрыть сначала вентиль горючего газа, а потом кислородный.

То, насколько качественным получится рез, зависит от положения резака. При резке стали толщиной 50 мм действуют следующим образом:

1. Разогревают кромку до температуры плавления, направив на нее подогревающее пламя горелки.

2. Держат мундштук строго под прямым углом к поверхности металла, чтобы подогревающее пламя, а потом и струя режущего кислорода были направлены вдоль вертикальной оси листа. Только прогрев металл, открывают кислородную струю.

3. Прорезав металл сначала на всю толщину, резак перемещают вдоль линии реза. При этом угол наклона устройства изменяют на 30° (10–15°, если режут сталь толщиной 100200 мм) в сторону, противоположную направлению движения, а скорость движения уменьшают.

При резке важно выдерживать ширину разреза, что также свидетельствует о качестве работы. Каждой толщине металла соответствует определенная ширина реза: 5-50 мм – 3–5 мм; 50-100 мм – 5–6 мм; 100–200 мм – 6–8 мм; 200–300 мм – 8-10 мм.

Если требуется разрезать несколько листов, прибегают к пакетированию (рис. 100), уложив их таким образом, чтобы кромки располагались под углом.

Рис. 100. Газовая резка пакетированных листов стали

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Технология кислородной резки

Кислородная резка основана на сгорании (интенсивном окислении) металла в струе технически чистого кислорода и принудительном удалении этой струей образующихся оксидов.
По характеру образуемых резов кислородную резку разделяют на:
— разделительную (образующую сквозные разрезы, отделяющие одну часть метала от другой);
— поверхностную (удаляющую некоторый поверхностный слой металла в виде канавок полукруглого сечения или слоя некоторой глубины);
— резку копьем (приводящую к прожиганию в металле глубоких отверстий).
Кислородная разделительная резка является наиболее распространенной и применяется при раскрое листового металла, при вырезке различных деталей, изготовляемых из листов, при резке профильного материала, а также при отрезке прибылей литых деталей, резки поковок под обработку более мелких деталей, для различных подгонок при монтаже стальных конструкций.
Схема процесса разделитель­ной газокислородной резки представ­лена на рис. 1. Смесь кислорода с го­рючим газом выходит из внешнего (подогревающего) мундштука резака и сгорает, образуя подогревающее пламя. Этим пламенем металл нагревается до темпе­ратуры начала его горения (окисления). После этого по осевому каналу внутреннего (режущего) мундшту­ка подается струя режущего кислорода. Кислород по­падает на нагретый металл и зажигает его. Начинается горение металла, выделяющее значительное количество тепла, которое, совместно с подогревающим пламенем, разогревает нижележащие слои металла, и горение быстро распространяется в глубину на всю толщину металла, прожигая сквозное отверстие, через которое режущая струя кислорода выходит наружу, производя пробивание металла. Если перемещать далее резак по прямой или кривой линии с надлежащей скоростью, то сжигание металла будет происходить по этой линии, производя разрезание металла.

Рис. 1 Схема процесса газокислородной резки

Для возможности успешного проведения кислородной резки разрезаемый металл должен удовлетворять следующим требованиям:
— температура воспламенения металла в кислороде должна быть ниже температуры его плавления, то есть металл должен гореть в твердом нерасплавленном состоянии;
— температура плавления окислов металла должна быть ниже, чем температура плавления самого металла, и обладать хорошей жидкотекучестью. В этом случае окислы легко выдуваются из полости реза, и режущий кислород получает беспрепятственный доступ к нижележащим слоям металла.
— тепловой эффект образования оксидов должен быть высоким, иначе требуется слишком мощное подогревающее пламя;
— металл не должен иметь высокой теплопроводности. Высокая теплопроводность усиливает охлаждение зоны резки и затрудняет необходимый подогрев металла.
Хорошо поддаются резке низкоуглеродистые стали (табл. 1).

Табл. 1 — Классификация сталей по разрезаемости их кислородной резкой и технологические особенности процесса резки.

Технологические особенности процесса резки

Стали углеродистые обыкновенного качества марок Ст1-Ст5 по ГОСТ 380-88

Резка без технологических ограничений

Стали углеродистые качественные марок 05-30 по ГОСТ 1050-88

Стали низколегированные марок 09Г2С; 14Г2; 09Г2СД; 15ГФ и др. по ГОСТ 19282-73

Стали легированные марок 15Х; 20Х; 15Г; 15ХМ; 12ХН2 и др. по ГОСТ 4543-71

Углеродистые стали Ст6; Сталь 35-50 по ГОСТ 1050-88, ГОСТ 380-88

Предварительный или сопутствующий подогрев до 150 °С, охлаждение на воздухе. Возможна резка без подогрева на пониженной скорости с последующим отжигом или отпуском.

Легированные стали марок 30Х; 35Х; 18ХГ; 25ХГТ; 25ХГМ и др. по ГОСТ 4543-71

Сталь 55; 60; 38ХА; 40Х-50Х; 35Г2; 45ХН; 38Х2Ю; 35ХГСА

Предварительный подогрев до 250-350 °С, последующее медленное охлаждение под асбестовым полотном или в песке.

35ХС; 38ХС; 40ХС; 50ХГСА; 50ХГФА; 12Х2Н3МА и др.

Предварительный подогрев 350 °С, последующим охлаждением в печи.

При резке стали основное количество теплоты (70 . 95 %) образу­ется при окислении металла. Этим условиям удовлетворяют низкоугле­родистые и низколегированные стали, титановые сплавы. Чугун не ре­жется кислородом вследствие низкой температуры плавления и высокой температуры горения; медь — из-за высокой температуры плавления и малой теплоты сгорания; алюминий — из-за высокой тугоплавкости обра­зующихся оксидов. Высоколегированные стали (хромистые, хромоникелевые и т.д.) не режутся ввиду образования тугоплавких, вязких шлаков.

Поверхность разрезаемого металла должна быть очищена от ржав­чины и других загрязнений. Металл устанавливается в положение, лучше всего в нижнее, но так, чтобы был свободный выход режущей струи с обратной стороны. Операция резки начинается с предварительного по­догрева в месте реза при температуре горения металла (1200 . 1350 °С). Устанавливаемая мощность подогревающего пламени зависит от рода горючего газа, толщины и состава разрезаемого металла.

Начинают резку обычно с кромки металла. При толщинах до 80 . 100 мм можно прорезать отверстие в любом месте листа. Ядро подогре­вающего пламени находится на расстоянии 2 . 3 мм от поверхности металла. Когда температура подогреваемого металла достигнет необхо­димой величины, пускают струю режущего кислорода. Чем выше чистота режущего кислорода, тем выше качество и производительность резки. По мере углубления режущей струи в толщу реза уменьшается скорость и мощность струи режущего кислорода. Поэтому наблюдается ее искривление (рис. 2), для уменьшения которого дается наклон режущей струи. При резке толстого металла ширина реза увеличивается к нижней кромке из-за расширения струи режущего кислорода. На кромках с их нижней стороны остается некоторое количество шлака.

Рис. 2. Отставание режущей струи (а); резак, наклоненный для уменьшения отставания струи (б)

В металле, на поверхности реза, повышается содержание углерода. Причина этого в том, что при горении углерода образуется окись углеро­да СО, при взаимодействии которой с железом в нем и повышается со­держание углерода. Возможна и диффузия углерода к кромке реза из близрасположенных участков металла.
Если производится последующая сварка для предупреждения по­вышения углерода в металле шва (образование закаленных структур), следует производить механическую обработку или зачистку поверхности реза. В процессе реза происходит термообработка металла кромок реза, соответствующая закалке. Ширина зоны термического влияния (до 6 мм) зависит от химического состава и возрастает с увеличением толщины разрезаемого металла.
Для кислородной резки пригодны горючие газы и пары горючих жидкостей, дающие температуру пламени при сгорании в смеси с кислородом не менее 1800 °С. Особенно важную роль при резке имеет чистота кислорода. Для резки необходимо применять кислород с чистотой 99,5 — 99,8 %. С понижением чистоты кислорода очень сильно снижается производительность резки и увеличивается расход кислорода.
Примерные режимы резки низкоуглеродистой стали приведены в табл. 2-4.

Табл. 2 — Режимы ручной газовой резки с применением в качестве горючего газа ацетилена.